Након тога се на кратко враћа у Русију, али убрзо на позив Луја Пастера одлази на његов институт у Паризу где је основао своју лабораторију где је и радио до краја живота.
1892. године поставио је теорију станичне имуности према којој су за прву имунолошку реакцију организма код акутне инфекције одговорни фагоцити. За ову област је и добио Нобелову награду, заједно са својим колегом Паулом Ерлихом.[5]
Сем ових, имао је још једну, мање научно значајну, али распрострањену теорију о старењу, које је он приписао токсичним продуктима цревних бактерија, за чије спречавање је препоручивао дијету на бази ферментисаног млека, тачније јогурта.